電源設計流程精選(九篇)

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第1篇：電源設計流程范文

關鍵詞：水電站；混凝土；制冷系統；預冷系統；設計措施；建筑工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV544 文章編號：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作為一種常用的建筑材料，在澆筑后會有大量的水化熱釋放出來，導致混凝土結構內部溫度升高，使混凝土體積膨脹。而表面混凝土由于凝結快、散熱快，當內部溫度下降后體積收縮后容易出現收縮裂縫，為了避免出現混凝土裂縫，溫控方法是一種比較有效的方法。尤其是在氣溫比較高的季節，自然條件下混凝土的出機溫度會超過施工中的限制溫度，此時就需要采取相應的人工降溫措施對骨料進行預冷，在拌和過程中加冰、加冷水等。由于工程情況和自然情況存在一定的差異性，因此在設計制冷工藝時，需要在以往經驗的基礎上，從多方面進行對比和分析，在滿足技術要求的基礎上追求設備和費用的最小化。

1 工程概況

加查水電站骨料加工系統及混凝土生產系統工程主要承擔加查水電站導流工程和主體工程的混凝土供應以及其他O施所需要的少量成品骨料及混凝土供應。加查水電站骨料加工系統需滿足混凝土高峰月平均澆筑強度約9.6萬m3的粗細骨料供應需求，系統毛料處理能力約1000t/h，成品骨料生產能力約800t/h，其中成品砂生產能力約240t/h。骨料加工系統承擔整個工程混凝土骨料的生產任務，供應成品骨料總量不小于570萬t?；炷辽a系統混凝土生產總量約236萬m3，其中導流工程約44.7萬m3，主體工程約191.3萬m3，其中高溫季節需要預冷的溫控混凝土約96.21萬m3。

2 混凝土制冷系統設計原則

通過多年混凝土制冷設計經驗，此次施工中采取如下施工流程進行操作：按照骨料樓上風冷、加冰、加冷水拌和的順序進行施工，保證了混凝土出機口溫度符合施工實際所需。結合類似電站工程的施工經驗，并綜合權衡現場施工特征，得知只需設置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統的預冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設備的這行效率，延長設備的使用年限；另一方面也能為施工人員創設安全的作業環境。

考慮到混凝土生產系統施工流程復雜、規模大、施工難度大等特征，所以選取行之有效工藝技術對提高施工質量具有可靠的保障。在選擇混凝土制冷系統中應遵循以下原則：（1）結合工程所需，合理明確制冷容量；（2）在制冷設備的選擇中，應挑選性能穩定、功率合理的先進設備；（3）制冷設備的安放應綜合權衡施工場地的實際特征，以方便工程施工的基礎上，盡可能減少占地面積；（4）所需材料應從正規廠家處購買，進場前必須經過全面檢查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成設備的現場安裝工作。混凝土原材料物理熱學性質見表1。該系統設計以氣溫最高的7月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據進行計算，其相關參數如下：（1）高溫月多年月平均氣溫16.4℃；（2）高溫月多年月平均水溫20℃；（3）片冰潛熱利用率90%；（4）混凝土拌和機械熱1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生產砂）6%。

本混凝土系統的溫控混凝土主要分為兩種類型，若在高溫季節施工，由于外界環境溫度較高，因此對拌和樓的出機口溫度較為嚴格，要選擇溫度在10℃以下的混凝土42.7萬m3，最大級配為四級配2萬m3；選擇溫度在14℃以下的混凝土約53.51萬m3，只針對粗料在樓上料倉進行風冷工藝。

對溫度在10℃以下的溫控混凝土主要采取風冷、冷水、冰的預冷工藝流程，先將粗骨料溫度進行冷卻，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃，拌和用冷水的溫度為4℃，冰預冷溫度在-5℃。通過計算得知每方混凝土中應加入20kg左右的片冰。

對溫度在14℃以下的混凝土，對粗骨料進行風冷處理，主要在拌和樓料倉內完成，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃。粗骨料拌和過程中，不管是制冷車間或者是輸冰設備等均應做好保溫處理，控制在3℃～6℃為宜，以避免混凝土物料溫度的回升，影響施工效果。

3 預冷系統

3.1 預冷系統車間的布置

結合三峽、龍灘、索風營等電站工程的施工經驗，并綜合權衡現場施工特征，得知只需設置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統的預冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設備的用行效率，延長設備的使用年限；另一方面也能為施工人員創設安全的作業環境。制冷車間為三層鋼架結構，將制冷車間布置在一定高度的平臺上，與拌和樓相鄰。

一臺車間需設置四臺制冷量達到100萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組以及一臺制冷量為50萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組，預冷系統車間所需要的設備如下：制冷空間一層主要設置有四臺型號為WN-500的臥式冷凝器，四臺型號為ZA-8的高壓貯氨器，一臺型號為CNF40-200氨泵，一臺型號為LZL240螺旋管式蒸發器，四臺冷卻循環水泵，兩臺冷水輸送水泵，四臺型號為DX-12的低壓循環貯液器。在制冷空間的二層分別設置了兩套30T冰庫與氣力輸送裝置。在制冷空間的三層設置有四臺產量為60T/d的片冰機。為了滿足制冷車間冷源需求，需設置兩臺拌和樓風冷骨料，為車間提供所需冷源。此外，還需在每臺拌和樓上設置四臺空氣冷卻器與離心風機，滿足設備運行所需。

3.2 預冷系統工藝流程

3.2.1 系統骨料風冷。粗骨料從膠帶機部位流出后被運送到拌和樓指定的料倉內進行風冷處理。拌和樓料倉一共由四個料倉組成，可分別存放四種類型的骨料。料倉自上而下一共分成三個區域：（1）進料區，骨料主要從該區域進入到拌和樓的料倉中；（2）冷卻區，該區域主要是對粗骨料進行冷卻處理的區域；（3）儲料區，經冷卻處理完成的骨料會運送至該區域暫時存儲起來，以備后期使用所需。冷風從下到上通過骨料，骨料會根據用料速度按照一定的順序進行流動，借助風冷這一環節可確保骨料降至設計所需。待冷卻完成的骨料經稱量后進入拌和機中進行拌和處理。粗骨料經由膠帶機送至篩分樓中進行沖洗，將骨料中的雜物徹底清除干凈后進入到調節料倉內，調節料倉一共有三個分料倉，用于生產三級配的混凝土。在生產二級配混凝土時，可在大石料倉內存儲中石，每個料倉也分為三分區域，即進料區、冷卻區與儲料區。通常情況下，在冷卻區內專門設置有配風裝置，這樣可確保冷氣均勻擴散與骨料進行熱交換。冷風主要從冷卻區的底部進入，與骨料流向相反的方向逐一穿過骨料區，對骨料進行迅速冷卻，待溫度降至所需終溫時進入儲料區。

3.2.2 二次風冷骨料工藝流程。在調節倉內將已完全冷卻的骨料經由膠帶機運送至攪拌樓骨料倉內，進行二次風冷。攪拌樓的特大石骨料倉分為三個區域，即進料區、冷卻區、儲料區。冷風循環順序與一次分冷完全相同，將滿足設計終溫的骨料經過稱量后運至集中生料斗中。

3.2.3 冰系統。制冷車間內專門設置有冷系統，冷系統主要由兩部分組成：（1）片冰機；（2）冰庫。片冰機置于冰庫之上，由片冰機所生產出來的片冰落入貯冰庫中貯存起來，經由氣力輸冰裝置送至拌和樓上的調節冰倉，借助調節冰倉下的螺旋輸送機將其運送至拌和樓中，稱取一定重量后送入集料斗中。冷系統中的冷源主要由氨制冷系統提供，拌和中所使用到的4℃低溫水由氨系統通過螺旋管蒸發器生產，借助泵運送到拌和樓的水箱中。生產的片冰直接落入到具有隔熱效能的冰庫中，片冰在冰庫內會被冷卻干燥。冰庫有兩方面的作用：（1）可有效調節片冰產量與拌和樓冰量分布的不均勻性；（2）可提高冰機生產的效率。片冰通過一系列處理外會被排出庫外，通過氣力輸送裝置運輸至拌和樓的冰倉內。

3.2.4 冷水系y。制冷車間內冷水系統的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸發管將所生產出的混凝土拌和用冷水經水泵運輸到拌和樓中，經過稱重后，將所需用量送入拌和機中，供施工所需。

4 結語

綜上所述，本工程在采用上述方法進行混凝土制冷系統的設計和應用后取得了良好的應用效果，通過使用連續風冷骨料的方法有效節省了占地面積，同時不會出現影響環境的廢水，投資效益顯著，為類似工程提供了借鑒和參考。

參考文獻

[1] 許有清.淺談混凝土制冷系統的工藝設計[J].建筑機

械化，2011，（2）.

[2] 何妹珍.混凝土拌和及制冷系統工藝設計[J].企業科

技與發展，2013，（8）.

[3] 工業循環冷卻水處理設計規范（GB 50050-2007）

[S].北京：中國計劃出版社，2008.

[4] 混凝土面板堆石壩設計規范（SL228-2013）[S].北

京：中國水利水電出版社，2013.

[5] 陳笠.大華橋水電站大壩混凝土生產系統工藝設計與

第2篇：電源設計流程范文

關鍵詞：低功耗設計；邏輯綜合；UPF

中圖分類號：TP302文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2011)16-3955-02

UPF-based Logic Synthesis of Low-Power Design

LIU Yi, WU Xiu-long, KE Lie-jin

(School of Electronics and Information Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China)

Abstract: This paper introduces some implementation strategies for UPF-based low-power designs, especially significance and usage of correlative UPF commands. Then it explains UPF-based logic synthesis of low-power design and its steps. Finally given the summary and some experience of low-power logic synthesis.

Key words: low-power design; logic synthesis; UPF

隨著SOC(片上系統)的集成度的擴大和時鐘頻率的提高，以及便攜式的應用的需求片的功耗和面積要求越來越高。面積制約著芯片的成本，功耗決定芯片的可靠性以及便攜設備的電池壽命。所以在便攜式設備上，低功耗設計變得越來越必不可少。傳統的低功耗技術，有控時鐘，多閾值電壓技術等。其中門控時鐘是最常用的低功耗技術，是在邏輯綜合的時候插入門控時鐘單元，這樣使得當enable無效的情況下，關斷寄存器的時鐘，使之不翻轉，從而減小動態功耗。而多閾值電壓技術主要用于減小泄漏功耗，在65nm工藝及以后，泄漏功耗也成為芯片功耗的一個重要組成部分，優化泄漏功耗主要通過在非關鍵路徑使用高閾值電壓的邏輯器件。 但這些已滿足不了現今低功耗設計的要求。先進低功耗技術有：多電源多電壓技術，電源門控技術，動態電壓與頻率調節技術等[1]。

1) 多電源多電壓(Multi-source Multi- voltage)：可以有效地降低動態功耗。所謂多電源是指不同的邏輯模塊處于不同的電源域中，由不同的電源供電。這樣可以根據各個模塊性能的要求不同，采用不同的電壓。對于頻率要求比較高的模塊，可以采用高電壓，而一些相對低頻的模塊則可采用低電壓。但不同電壓域之間的信號交互則需要加入電平轉換單元（level shifter）。

2) 電源門控技術（Power Gating）：在不需要使用的時候，關閉模塊的供電電源，從而減少泄漏功耗。這里需要特殊的單元- 電源開關單元（power switch），當芯片進入休眠模式下，可以通過電源開關單元關閉某些模塊的電源，從而使得這些模塊的泄漏功耗趨于0。通常在電源關斷區域的輸出端還需要插入隔離單元（isolation cell），以防止關斷區的輸出信號對非關斷區造成影響。

3) 動態電壓與頻率調節技術（Dynamic Voltage and Frequency Scaling）：是一種先進的功耗管理技術，在一些處理器中已經得到應用。根據模塊不同情況下對性能的不同要求，動態調節模塊的供電電壓，從而減少功耗。

1 UPF的應用

1.1 UPF的特性

統一功耗格式文件UPF（Unified Power Format）是IEEE 1801標準，由一系列TCL 類型的命令組成，用來定義設計的低功耗意圖[2]。UPF使得功耗這一重要的設計要素，通過設定與實現設計相關的功耗信息，在RTL級就得以考慮功耗。UPF提供了統一的設置功耗信息的格式，方便用于那些不能在HDL（Hardware Description Language）代碼里加入功耗信息的設計。而直接在HDL里設定功耗相關的信息，會使得邏輯設計限定于特定的電源實現[3]，使得設計的靈活性大大降低。

UPF可用于芯片電源管理的供電網絡，隔離單元，電平轉換單元，電源開關單元等各個方面。有了這種統一的UPF文件，在前端設計，邏輯綜合，物理實現，仿真驗證，等價性檢查，時序分析，等各方面就可以按照UPF里的定義的低功耗設計意圖來完成完整的低功耗設計流程。這樣通過一個文件將低功耗的意圖繼承下來，用于設計流程的各個環節，也降低了低功耗設計的風險。同時UPF對各種EDA的軟件的支持也很好，為業界所廣泛使用。

1.2 UPF的設計意圖

在當今的低功耗設計中，多種低功耗手段同時運用來降低芯片功耗，如內核低電壓，電源關斷，多電壓域等。同時采取多種工作模式，用功耗管理單元（PMU）來管理各種工作模式下的功耗，從系統級降低芯片的功耗。如圖1所示的電壓域分布，芯片劃分為三個電壓區，分別為TOP，PD_DIG,PD_FLASH。其中TOP是常開區，PD_DIG是可變電壓區且關斷，PD_FLASH是關斷區。整個芯片由片內的LDO供電，LDO可以輸出可變的VDD_DIG提供給PD_DIG電壓域，可以通過邏輯控制LDO來關斷VDD_DIG電源。而PD_FLASH的電源則由Power Switch flash_sw來關斷。

1.3 UPF的具體描述

UPF文件包括電壓域的創建，電源端口，電源線的創建，電源線與電源端口的連接，隔離單元，電平轉換單元，電源開關單元的設置，電源狀態表等。充分體現了設計的功耗信息。

1.3.1 電壓域的創建

電壓域是一系列具有相同主要電源的設計。采用create_power_domain命令定義一組設計的電源分布網絡，創建電壓域。在劃分電壓域的時候，應該考慮到設計的層次。

1.3.2 對于電源網絡的描述

采用create_supply_port命令創建電壓域上的電源端口（如VDD，VSS），create_supply_net命令創建電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線可以在各個電壓域內共用（如VSS）。在創建好電源端口和電源線后，用命令connect_supply_net將相應的電源線連接到電源端口上。用set_domain_supply_net命令設置電壓域默認的電源線（如VDD_net，VSS_net），這些電源線用于給電壓域里的所有單元供電。

1.3.3 隔離單元，電平轉換單元的規則

對于隔離單元的插入，set_isolation命令規定電壓域的單元按照指定的策略進行隔離，如設定對于輸入隔離還是對于輸出隔離，隔離信號有效后隔離單元鉗位為0還是1等。對于只有一個關斷區的設計，將隔離單元放在隔離區輸出較為合適。而對于有多個關斷區的復雜設計，有時則需要在輸入的地方插入隔離單元。而鉗位0/1，則與隔離單元的控制信號有效電平是高/低有關。用set_isolation_control為相應的隔離策略指定控制信號，同時指定插入的隔離單元所放置的位置（self，parent，fanout 等）。這兩個命令是需要成對出現的。

set_level_shifter命令設定電平轉換單元側插入策略。它指定插入的位置（電壓域的輸入/輸出，及放置的位置）。插入的原則是根據電壓域與外界電壓的高低不同，放置在目的電壓區。即從高電壓區到低電壓區，插入的高-低電平轉換單元放置在低電壓區；從低電壓區到高電壓區，插入的低-高電平轉換單元則放置在高電壓區。應該注意的是，高-低的電平轉換單元的電源只需要連接到低電壓區的電源線，而低-高電平轉換單元的電源則需要兩套：低電壓和高電壓[4]。

1.3.4 電源開關單元的定義

create_power_switch命令為電壓域創建一個電源開關單元的實例。電源開關單元是在布局布線的階段插入的。

1.3.5 電源狀態表

add_port_state命令為電源端口添加狀態信息，定義芯片的電源電壓的水平及其狀態。這有利于驗證和分析，且不需要在驗證環境里創建電壓域和電源網絡。

create_pst命令根據指定順序的電源線來創建電源狀態表（Power State Table），主要用于綜合，分析，優化等階段。它定義了一組合理的電源線狀態組合，即這些狀態的組合真實存在于實際芯片工作的情況。綜合工具會根據相應的狀態來優化設計。

2 基于UPF的邏輯綜合

低功耗流程下的邏輯綜合，是基于普通的綜合流程，加入一些額外的步驟，如讀入UPF文件，設定電壓，檢查多電壓設計。具體的步驟如下：

1) 設定好各種庫文件，其中包含電平轉換單元、隔離單元和電源開關的庫應當放入target_library，并位于標準單元庫的后面。如set target_library “sc_1v8_max.db sc_1v2_max.db iso_max.db lv_max.db pw_max.db”。

2) 設定好門控時鐘的插入形式。門控時鐘是最常用的低功耗技術，門控時鐘的插入，不但降低了動態功耗，而且減小了芯片的面積。

3) 讀入設計，用check_design命令檢查設計中存在的問題。

4) 讀入約束文件，用check_timing檢查時序約束是否正確。

5) 用load_upf命令讀入UPF文件，并用set_voltage命令設置電源線的工作電壓，通過指定的電壓，工具會自動選擇相應的工作環境（operating condition）如：

set_voltage 1.62 Cobject_list {VDD}

為了防止約束里的set_operating_condition 和 set_voltage 不能唯一指定某個特殊的庫單元，可以使用命令set_target_library_subset 來指定特殊的庫單元為某個或多個特定的模塊所使用[4]。

6) 用命令（check_mv_design）檢查多電壓設計是否正確。要保證set_voltage命令里的電源線的電壓和set_operating_condition指定的工作條件的電壓和UPF里面電壓狀態表的電壓保持一致。用set_operating_condition命令設置當前設計的工作條件，再用set_voltage命令設置各個供電電源線的電壓，這樣綜合的時候就會根據不同的電壓來進行優化。如果check_mv_design存在Error，則要返回檢查約束和UPF，如果存在Warning，則要檢查這些Warning是否合理，例如有些Warning是說明缺少電平轉換單元，這些則是需要在綜合的時候插入的，在這個步驟下出現這種Warning是正常的。

7) 用compile_ultra Cgate_clock 同時實現編譯和門控時鐘單元的插入，綜合工具根據驅動的原則進行優化。DesignCompile 2010.03版本對UPF流程提供了更好的支持，新加入的命令使得UPF流程變得更加容易實現。可以用insert_mv_cell Call 在compile之前就插入電平轉換單元和隔離單元。這樣在compile之前就可以檢查電平轉換單元和隔離單元是否正確插入，檢查UPF設計是否合理。節省了綜合的迭代時間。

8) 用命令（check_mv_design）檢查compile后的網表的多電壓設計問題。

9) 分析時序，保存設計。命令save_upf 用于輸出綜合后所對應的UPF文件，可以提供給后續的布局布線工具使用。

3 總結

低功耗設計相對于普通的設計要復雜不少，而邏輯綜合作為RTL-GDSII 流程實現的第一步，是極其重要的一步，大部分的優化都是在這一步完成的。在基于UPF的設計中，設計層次的劃分和UPF中電壓域的劃分要綜合起來考慮，不合理的設計層次和電壓域劃分可能導致插入多余的電平轉換單元或隔離單元，或者無法插入需要的電平轉換等。同時在電壓域輸出端，要防止出現一條線輸出同時又成為該層次內部的某個輸入這種情況。因為這種情況會導致無法插入電平轉換單元。對于時鐘網絡來說，也需要插入電平轉換單元，可以在綜合的時候插入，也可以在布局布線的某個階段插入。綜合的時候，要注意set_dont_touch命令的使用，如果net被設置成了dont_touch屬性，則不能插入電平轉換單元和隔離單元。在綜合完成后，一定要保證check_mv_design 通過，才能認為UPF下的綜合完成。

參考文獻：

[1] 陳春章,艾霞,王國維.數字集成電路物理設計[M].北京:科學出版社,2008(8).

[2] Michael Keating, Low Power Methodology Manual For System-on-Chip Design,2007,26-27.

[3] Unified Power Format(UPF) Standard ,Version 1.0,2007:1-2.

第3篇：電源設計流程范文

一、測試系統設計

本測試系統在NI LabVIEW虛擬儀器平臺基礎上開發，由儀器硬件平臺和系統軟件平臺組成，其功能框圖如圖 1。硬件平臺以GPIB/RS232總線為基礎，基于工業控制計算機為處理平臺，以信號源、頻譜分析儀、網絡分析儀等程控測試儀器完成信號參量和網絡參量的測試功能；應用軟件基于NI LabVIEW為平臺，使用圖形化編程語言LabVIEW設計開發，處理特點既采用面向對象程序設計方法，又保持面向過程的靈活性。從設備底層到高層界面表述、數據庫處理，充分利用LabVIEW的優點，完成軟件設計和代碼編寫。

圖 1 測試系統功能組成框圖

（一）軟件開發工具NI LabVIEW

測試系統的軟件設計基于虛擬儀器開發平臺NI LabVIEW實現，NI LabVIEW具有圖形化的儀器編程環境，采用“畫流程圖式”的編程方法進行程序設計和調試，每個方框圖代表一個功能模塊即子VI，程序執行的過程是條件滿足方式，當一個功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產生輸出，傳送給下一個模塊。程序的動態流程可以通過點亮程序框圖工具欄上的“高亮顯示執行過程”小燈泡看到[2]。測試程序的設計包括3部分：程序前面板、框圖程序和圖標/連接器。程序前面板模擬真實儀表的前面板，用于輸入信號各項參數的設置和輸出信號的顯示，每一個程序前面板都對應著相應的程序框圖；框圖程序用LabVIEW圖形編程語言編寫，由端口、節點、圖框和連線構成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數據，節點被用來實現函數和功能調用，圖框被用來實現結構化程序控制命令，而連線代表程序執行過程中的數據流，定義了框圖內的數據流動方向；圖標/連接器是子VI被其它VI程序調用的接口。圖標是子VI在其他程序框圖中被調用的節點表現形式；而連接器則表示節點數據的輸入/輸出口，就象函數的參數。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。

（二）測試系統子模塊設計

為簡化設計和調試流程，將測試系統中各個模塊分類并進行子程序設計，包括電源子程序設計和測試儀器子程序設計。測試系統的電源采用DPS6333L，其程控指令通過RS232總線傳輸；測試儀器的程控是通過GPIB總線實現的，其程控指令集均符合SCPI規范。儀器的GPIB接口與計算機的連接通過NI公司的USB轉GPIB接口卡完成，安裝完相應的I/O接口庫以及VISA驅動包后，就可以完成各儀器的程序控制。

以電源“工作模式設置”子VI程序設計為例，因其程控指令通過RS232總線傳輸，應首先對串口進行初始化配置：波特率為默認值9600、8位數據位、1位停止位、無校驗位、串口號為1，并設置I/O接收和發送緩沖區；然后通過VISA Write.vi向電源發送“O2/O3/O4/O5”等工作模式選擇指令，以確定電源的輸出模式，即串聯/并聯/正常/跟蹤模式；由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對字符串的讀寫，因此在數據處理時，須進行數字與字符串之間的轉換，在此通過調用一個“數值至十進制字符串轉換”子VI來實現；調用“清空I/O緩沖區”子VI后，發送指令“rm”檢查并輸出此時電源的工作模式，對整個“設置電源工作模式”的程序進行封裝，電源工作模式設置的框圖程序如圖 2。按同樣方法進行設置電壓/電流、電源保護、電源輸出等子VI程序的設計，最后連接電源模塊的所有子VI程序，對電源的前面板配置參數界面進行設計并對電源模塊的子程序進行封裝，最終完成電源設計。電源的前面板圖與程序框圖分別如圖 3和圖 4。

圖 2 電源工作模式設置的框圖程序

圖 3 直流程控電源DPS6333L前面板圖

圖 4 直流程控電源DPS6333L程序框圖

依次進行信號源、頻譜儀、網絡分析儀等模塊的子程序設計，連接其框圖程序，完成測試系統主程序的的開發。圖 5是某放大器的部分設計程序。

圖 5 放大器測試程序前面板圖

二、測試結果

在系統搭建完成之后，進行了放大器的測試，測試時通過按下窗口左上角的“運行”按鈕，等待兩分鐘后，便可得到放大器的頻率特性的曲線和記錄數據。測試結果如圖 6。

圖 6 放大器頻率特性曲線測試結果

三、結論

實際開發中，在程序設計和調試方面，LabVIEW表現了很好的靈活性。本文中的設計是基于LabVIEW的測試儀器控制系統，該自動測試系統基本涵蓋了基本的信號參量測試、網絡參量測試；具有自動化、高效化、準確化的特點，大大縮短了測試時間，提高了測試效率，完善了測試數據的存儲和處理能力[3]。鑒于虛擬儀器開放性好、智能化程度高、界面友好以及可根據自己的需求設計儀器系統的優勢，正在被越來越多的工程測試人員所采用，而且隨著未來測控技術的發展，虛擬儀器必將會在更多的領域發揮重要作用。

參考文獻

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[]趙振華，馮涓.基于LabVIEW的單片機溫度自動測試系統[J].現代電子技術，2007，15.

第4篇：電源設計流程范文

由于電池技術并沒有顯著的進展，系統設計人員遂開發了大量功率管理技術來應付這些挑戰。其中一種技術允許系統設計人員“關斷”手機的某些電路以延長電池壽命。

在這些便攜式設備的設計流程中，系統設計人員如果知道半導體器件如何與功率管理方案配合，便能更快地完成設計。建立系統設計的標準流程與集成電路 (IC) 的開發流程是一樣的。半導體電路設計人員必須充分了解這些功率管理方案，并設計集成電路可在以后的任何系統中正常地工作。實現省電模式或關機模式的標準半導體功能包括：

過壓容限

三態

自動重啟

上電期間瞬間脈沖電流消隱

本文將對這些功能進行詳細說明，并確定執行這些功能的電路設計技術。作為系統設計人員，理解這些功能在硅片中的實現方式將有助于進行更好的系統功率管理設計，從而將最終問題解決。

過壓容限

圖1：讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上

過壓容限是輸入或輸出節點容忍信號級別大于器件電源電壓的能力。在手機設計中，從微處理器到存儲器或其它器件存在著多種直流電平。系統各獨立的電源子系統間吸入電流(“sinking”of current)會給器件帶來潛在的損害。例如，若一個電壓為3V的器件驅動另一個1.8V的器件，這種電勢差可使電壓較低的器件吸入電流。如果不用一些方法加以限制的話，系統架構中兩器件都存在潛在危險。這種額外的電流吸入會增加系統功耗，從而加速電池消耗。這種額外的電流已證明在任何關注電源的設計中(如電池壽命有限的手機)，是造成高成本的因素。

有許多技術可以解決這個問題，較為傳統的方法之一是利用比較器來實現過壓容限。CMOS電路具有一個PMOS管Q2置于輸出和VCC之間，并必須將它的NWELL連接到電路中的最高電勢處，一般是Vcc。這樣，讓寄生二極管D2短路，寄生二極管D1的陰極連接到電源上，如圖1所示。若輸入/輸出(I/O)電壓超過VCC，則二極管D1向電源導通。如果利用額外的電路添加一個比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個電勢中的較高者。這使NWELL節點保持最高電勢，因此限制了D1二極管傳導電流，如圖2所示。

圖2：利用額外的電路添加一個比較器電路(COMP)，NWELL線路可以被連接到VCC或輸出兩個電勢中的較高者。這使NWELL節點保持最高電勢，限制了D1二極管傳導電流

在off狀態，控制模塊驅動PMOS門極到VCC。不過如果輸出端大于VCC+PMOS Q2晶體管的閾值電壓的話，從輸出到Vcc存在不必要的電流泄漏路徑。必須注意，圖2中驅動Q2門極的晶體管一般是由Vcc供電，故引起此問題。解決泄漏問題的方法如圖3所示，是增加一個從比較器輸出到PMOS Q2門驅動控制模塊的連接。控制模塊會保證PMOS柵極驅動電壓為兩個電勢VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關斷狀態，從而消除泄漏路徑。

圖3：增加一個從比較器輸出到PMOS Q2門驅動控制模塊的連接?？刂颇K會保證PMOS柵極驅動電壓為兩個電勢VCC或輸出的較高者，確保PMOS保持關斷狀態，從而消除泄漏路徑

了解這些電路如何工作，便可以加快設計流程。例如，即使一個器件具有過壓容忍功能，不同的實現方法將帶來完全不同的結果。吸入電流會存在電壓“窗口”，泄漏值比預期值高時會出現極端的過壓情形，而且，過壓電路的瞬態響應會起變化。結果，系統工程師可能會遭遇無法預見的問題。為了加快新設計的上市時間，系統設計人員并不希望從頭到尾追蹤可能的需要返工的問題。了解如何實現過壓容限有助于電源系統設計人員一開始就選擇正確的產品，最終并獲得成功。飛兆半導體提供的產品便具有過壓容限功能，并能把不需要的吸入電流限制到極低值(一般小于3μA)，如FSLV16211- 24位總線開關。

三態：在省電模式I/O保持高阻抗的能力

這種三態對多點下傳總線和子系統掉電十分有利。當一個部件“掉電”時，I/O泄漏路徑會引起不需要的功耗，或者甚至對部件造成損害。因為I/O擁有至電源的泄漏路徑，它也可能導致器件甚至整個子系統自行上電。

由于功率浪費加上可靠性被損害，這些系統“小故障”會對所有功率管理方案造成影響。例如，當一部揭蓋式手機待機時，功率管理IC會關斷電路板上的不同部分來保存能量。在關斷系統的不同部分時，工程人員關心的是每一微安的電流流動，因為它最終會影響電池壽命。如果一個器件在的多點下傳總線上仍然有效，不提供關機三態，就可能出現泄漏。這也許會破壞總線上的數據并消耗額外的功率。

在大多數半導體中，器件最普遍的泄漏路徑是通過連接到I/O上的PMOS管。類似于過壓的情形，PMOS的NWELL的寄生PN二極管可以變為正向偏置而導通。此外，PMOS的門極為0，若I/O電壓高于PMOS的閾值電壓時，將產生不必要的從I/O到電源的電流路徑。這會被電路設計人員視為過壓的一種，其解決方案如圖3所示。

電路設計人員還必須提供靜電放電(electrostatic discharge，ESD) 解決方案，以消除到電源或接地的泄漏路徑。鑒于上述的原因，不能使用舊的端接到Vcc的PN ESD二極管。一些較新型的有源鉗位電路或觸發ESD電路,必須關注過壓容限和三態關機而進行謹慎設計。柵級接地NMOS ESD解決方案因本身具有過壓容限特性，并在關電時不泄漏，因此得到廣泛采用。

開機重啟

當電源確立以提供穩定可靠的上電時，“開機重啟”提供了初始化產品的方法。一般而言，I/O是三態的(高阻抗)，而內部寄存器被清除直到電源超過“安全”級別。

用于“開機重啟”的簡單技術是設計一個帶內置滯后的比較器，把電源電壓和內部產生的參考電壓進行比較。這是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態上電。當電源電壓超過參考電壓時，比較器會產生重啟脈沖。

圖4：把電源電壓和內部產生的參考電壓進行比較是慣用的作法，可確保器件以已知的狀態上電

如圖4所示，電阻R3和連接NMOS Q1/的二極管為比較器輸入提供參考電壓。電阻R1和R2作為電阻分壓器(resistor divider)，產生與VCC成正比的電壓。比較器COMP的設計帶有抵消功能，使到其輸出在兩個輸入端為低時保持為低。上電時，隨著電源電壓的攀升，比較器的參考電壓在節點1建立，其數值是通過電流限制電阻R3建立連接NMOS Q1的二極管的閾值電壓。它與由R1和R2組成電阻分壓器的輸出比較，該數值和VCC成正比，可用以設置所需與VCC相對的跳變電壓(trip voltage)。當電源電壓大于期望值時，比較器的輸出變高，表示電源被確立。

當利用這種重啟電路時，所有內部器件都應通過有源低信號實行重啟?！伴_機重啟”電路保持重啟節點為低電平，直到電源電壓值高到足以保證所有內部節點正常工作，并有效地重啟器件。當重啟電路的輸出變高時，可進行正常工作。

電路設計人員必須謹慎選擇重啟電壓跳變點 (trip point)，如果過高，噪聲或電源波動會造成重啟電路故障；如果過低，所有器件可能無法重啟。對此，簡單的解決方案是利用高滯回比較器電路，或一旦重啟建立就將其鎖存。在電源確立以保存能量后，低功率設計會使比較器電路掉電。

設計“開機重啟”電路時，需要特別關注同一個器件上的多個電源引腳。通常，在所有電源電壓確立之前，應該使產品保持在重啟模式，而不論其電源使用順序為何。假定“開機重啟”電路A由電源A供電，“開機重啟”電路B由電源B供電。電路設計人員必須確定即使A首先上電，芯片的B部分仍然被控制，反之亦然。系統設計人員應參考數據表或與制造商聯系，以確定對有多個電源的產品來說，是否需要特定的供電順序。

在那些很注重器件是否以正確模式開機的應用中，如鎖相環(phased-locked loop)，“開機重啟”是必須采用的重要電路。否則，如果鎖相環以錯誤的狀態啟動，它可能鎖存于諧波頻率中，從而影響了器件的性能。

回到手機設計的題目上，使用這種 “開機重啟”的方法對用于揭蓋式手機鏈路傳輸數據的串化器/解串器很有用。在這些特定器件中，以正確的狀態啟動將決定來自應用處理器的信號能否在屏幕上顯示正確的圖像。

無干擾上電

對系統設計人員而言，上電期間脈沖電流十分重要，因為在電源電壓的整個上升周期，產品的電源電流是受控的。如果內部電路設計不正確，在上電期間就可能引起有害的電源對地短路。這對于系統設計人員非常重要，因為如果這個問題發生，整個系統便可能失效，從而帶來嚴重的可靠性問題。

傳統的CMOS設計要求電源電壓超過大約兩個晶體管閾值電壓時才能開始工作。在“開機重啟”電路建立并控制該器件之前的這個“死”域期間，問題可能發生。在重啟電路對內部節點進行控制之前，這些節點可能上電并消耗大量電源電流。一個例子是CMOS的輸出，在上電期間，PMOS和NMOS驅動同時浮至VCC/2，而且二者都接通。這種現象在VCC和接地之間建立了一個低阻抗路徑，對電源有不良影響。電路設計人員必須在這現象出現之前設計“開機重啟”電路，以維護和控制輸出。另一個解決方案包括設計系統邏輯在原本的關機狀態下上電，或提供無源電路如內部上拉/下拉電阻來防止這問題發生。還必須設計觸發(flop)和鎖存(latch)，并在當沒有“開機”重啟電路而電源持續攀升時，將其設定為穩態。

數據表信息

了解這些不同功能后，設計人員便能夠更好地選擇所需產品以滿足其要求。選擇正確的產品將消除最終的功率循環問題，加快產品上市時間。飛兆半導體提供的產品便具有過壓容限、三態關機、“開機重啟”和無干擾上電等功能。

舉例說明：我們將分析飛兆半導體的24位總線開關FSLV16211數據表中的這些特性。在數據表的“DC電氣特性”一欄中可以找到大部分信息。從前面的論述中可知，不同的系統電壓電源能引起通過器件的泄漏電流，但可透過過壓容限予以阻止。在數據表上，過壓容限可經由輸入泄漏電流 (標注為II。)來確定。在表1中，過壓容忍測試在Vcc為2.3V或3.6V、VI在0V～3.6V間時進行。測試結果顯示輸入泄漏電流僅為10μA或1μA，具體數值視測試而定。與不具備這一嵌入功能的器件相比較，泄漏電流顯著降低。

第5篇：電源設計流程范文

（1.中航工業西安航空計算技術研究所，陜西西安710068；2.北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京100191）

摘要：針對某型號光纖陀螺老煉測試需要長時監控、數據存儲和故障保護等需求，采用工控機與MC9S12XEP100MAL單片機相結合的方案，設計光纖陀螺供電電源監控系統。該系統可以實時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能，達到了預期的技術指標，可以滿足光纖陀螺老煉測試的要求。

關鍵詞 ：光纖陀螺；電源監控；MC9S12XEP100MAL；RS 485

中圖分類號：TN86?34；TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）14?0152?04

收稿日期：2014?12?25

基金項目：航空科學基金：機載電子芯片熱模型研究（20100231001）

0 引言

某型號光纖陀螺在老煉測試時往往是多個陀螺成組進行測試，每一個陀螺都由線性隔離電源獨立供電。由于對光纖陀螺的老煉測試一般都在幾十小時，甚至上百小時不間斷，這就要求供電電源連續可靠地工作。反之，一旦電源過壓、欠壓或者過流就會損壞待測陀螺，造成巨大的經濟損失。因此，對光纖陀螺供電電源進行監控，不僅可以實時記錄電源的輸出電壓電流，有利于分析陀螺的工作狀態，而且在電源出現過壓、欠壓或過流時，可以自動切斷供電電源，從而起到保護光纖陀螺的作用。

本文采用研華的Advantech IPC?610H 工控機作為上位機，基于LabVIEW 設計了12路陀螺電源數據監控界面及數據存儲程序。選取MC9S12XEP100MAL 單片機作為下位機監控電路的主控芯片，實現了陀螺電源輸出電壓和輸出電流的實時采集，以及過壓、欠壓和過流等故障保護。采用Modbus協議的RTU 模式，實現了上位機與下位機的數據傳輸。基于上述技術，實現了12 路光纖陀螺供電電源輸出電流和電壓的實時監控。

1 光纖陀螺供電電源監控系統方案

1.1 技術要求

光纖陀螺供電電源監控系統要求能夠監控12個光纖陀螺供電電源。這12 個電源均采用朝陽4NIC?X20線性電源，各電源獨立隔離供電。4NIC?X20 線性電源的輸入為AC 220 V，輸出電壓為+5 V和-5 V，兩路的輸出電流最大均為2 A。

具體的技術要求如下：

（1）同時監控12個光纖陀螺供電電源；

（2）每一個陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流采樣必須為隔離采樣；

（3）一旦某個電源出現過壓、過流或欠壓故障，電源監測系統立即切斷該電源的AC 220 V 輸入，同時進行聲音報警（只有排除故障后，供電系統重新上電才可以恢復供電）；

（4）上位機實時顯示陀螺電源的輸出電壓和電流，并實時記錄各電源的輸出電壓、電流。

1.2 系統方案設計

根據光纖陀螺供電電源監測系統的技術要求，光纖陀螺供電電源監測系統方案[1?2]設計如圖1所示。

在圖1中，AC 220 V交流電通過繼電器組控制后為12個光纖陀螺電源供電。監控電路分為3組，每組監控4個電源，共同檢測12個電源的輸出電流和電壓，一旦檢測到某個電源出現過壓、過流或欠壓等故障，則可以通過控制相應的繼電器實現AC 220 V交流供電的自動切斷，起到保護光纖陀螺的作用。

3組監控電路再通過RS 485網絡連接至上位機，實現陀螺電源輸出電壓、電流數據的上傳。RS 485 串行數據通信卡選用研華的8 端口RS 422/485 通用PCI通信卡PCI?1622CU。上位機采用研華的AdvantechIPC?610H 工控機，實現陀螺電源電壓、電流數據的接收、顯示、報警和存儲。

2 監控電路設計

光纖陀螺供電電源監控電路主要由電流、電壓隔離采樣電路、A/D采樣電路、單片機及其外圍電路、RS 485隔離通信電路、繼電器控制電路和繼電器組構成，如圖2所示。

在圖2 中，每一組監控電路可以監控4 個陀螺電源。由于每個陀螺電源輸出為+5 V 和-5 V 兩路電壓，監控電路需要對8路電壓信號和8路電流信號進行隔離采樣。

2.1 單片機選型

選擇飛思卡爾MC9S12XEP100MAL 單片機作為監控電路主控芯片。MC9S12XEP100MAL單片機是飛思卡爾16位單片機，最高總線頻率可達50 MHz，具有16個模擬量輸入通道，轉換精度為12位，可以滿足監控電路對8路電壓信號和8路電流信號進行A/D轉換的需要。

2.2 隔離采樣電路設計

電壓采樣電路選取BB公司的變壓器隔離放大電路ISO124 進行陀螺電源輸出電壓的隔離采樣，具體的電路圖如圖3所示。

ISO124 為精密變壓器隔離運放，放大倍數為1∶1，非常適合陀螺電源輸出+5 V電壓的隔離采樣。

電流采樣電路選取LEM 公司LA25?NP/SP7霍爾電流傳感器進行電流信號的隔離采樣，具體的采樣電路如圖4所示。

LA25?NP/SP7 霍爾電流傳感器的變比為1∶100，原邊額定電流為2.5 A，最高測量頻率為150 kHz。

在圖4中，電阻R3取值為200 Ω，則可以計算出當原邊輸入電流為2 A時，輸出電流信號If1為4 V。

2.3 RS 485通信電路設計

為了提高系統的抗干擾性能，選取集成光電隔離功能的ADM2484作為RS 485通信電路的電平轉換芯片，設計好的隔離通信電路如圖5所示。

2.4 保護電路設計

為了確保光纖陀螺安全可靠地運行，設計了如圖6所示的過壓、過流和欠壓保護電路。

在圖6中，輸出電壓的過壓值設置為+5.5 V，欠壓值設置為+4.5 V，過流值設置為2 A。

當監控電路檢測到某個陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障時，單片機將對應的I/O端口輸出信號IOPA1置為低電平，則光電耦合器TLP121輸出為高電平，使晶體管Q1 導通，繼電器JDQ2 的線圈得電，其常閉觸點JDQ1 斷開，切斷該陀螺電源的AC 220 V 輸入，從而實現陀螺電源出現過壓、過流或欠壓等故障保護。一旦陀螺電源保護，只有整個陀螺電源供電模塊重新上電才可以恢復供電。

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括上位機監控軟件及監控界面設計、通信協議設計和下位機軟件設計三部分。

3.1 上位機軟件設計

采用LabVIEW 2013 來設計測控軟件的上位機界面以及與下機位的通信程序。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineer?ing Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言，提供了很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面，快速輕松采集實際信號、進行分析以確定有用的數據、通信或存儲結果[3?4]。設計好的上位機光纖陀螺供電電源監控界面如圖7所示。

在圖7中，系統可以同時監控12個光纖陀螺供電電源的+5 V 輸出電壓和輸出電流，-5 V 輸出電壓和輸出電流，并且顯示電源的當前工作狀態，是否出現過壓、過流和欠壓等故障；一旦出現故障，相應的指示燈會由綠色變為紅色。

3.2 通信協議

工控機與下位機單片機之間的通信協議采用Mod?bus 協議中的RTU 傳輸模式，波特率為38 400 b/s。其中，工控機作為主機，光纖陀螺供電電源監控電路1~3為從機[5?6]。

3.3 下位機軟件設計

下位機軟件設計主要包括系統上電初始化子程序、10 ms中斷子程序，串口數據發送/接收中斷子程序三部分。

（1）上電初始化子程序。系統上電后，首先需要進行系統的初始化設置，包括MC9S12XEP100MAL單片機處理器初始化、A/D采樣模塊初始化、10 ms定時中斷模塊初始化，以及RS 485 串行接口的初始化。初始化程序流程如圖8所示。

（2）10 ms 中斷子程序。在10 ms 中斷子程序中，主要完成4個陀螺電源的8個電壓信號和8個電流信號的采集。10 ms中斷子程序流程如圖9所示。

在圖9中，當10 ms中斷產生進入中斷子程序，單片機對16 個A/D 通道順序進行轉換，并對轉換后的電壓電流數據進行處理，然后將其存入對應的數據緩沖區，等待上位機請求數據時通過串口發送返回。電流電壓數據處理主要包括將A/D 轉換結果變換成對應的實際電流電壓值，以及進行電壓的過壓、欠壓判斷，電流的過流判斷。一旦出現過壓、欠壓或過流等故障，單片機立即啟動保護電路切斷陀螺電源的AC 220 V輸入。

（3） 串口數據發送/接收中斷子程序。工控機與3 路監控電路之間的通信采用主從通信模式，即工控機向3路監控電路發送數據請求命令，監控電路在響應主機請求時返回8路電壓信號數據、8路電流信號數據和陀螺電源的工作狀態數據。為了減少串口數據發送/接收對單片機資源的占用，提高處理的效率，系統采用中斷的方式完成串口數據的接收和發送。串口中斷服務程序流程如圖10所示。在圖10中，當串口中斷產生時，串口中斷服務程序首先判斷串口中斷的來源，進入串行數據接收或串行數據發送子程序。發送數據時，從系統的發送緩存區讀取數據，寫入相應的串口寄存器發送；接收數據時，從相應的串口寄存器讀入數據，寫入系統的接收緩存區。

3.4 數據存儲

工控機接收到監控電路返回的電流電壓數據后，除了將數據顯示在監控界面中，還定時將數據以Excel文件的格式存儲到工控機的硬盤中，以備陀螺電源運行數據的查詢。其中，數據存儲時間為10 s。

4 結論

本文采用工控機與MC9S12XEP100MAL 單片機相結合的方案，基于LabVIEW編程技術、隔離信號采樣技術，以及RS 485串行通信等技術，實現了光纖陀螺供電電源監控系統的設計。該系統可以同時監控12路光纖陀螺供電電源的輸出電壓和輸出電流，且具有數據存儲，過壓、欠壓和過流等故障保護功能。現場實際應用表明，該光纖陀螺供電電源監控系統電流、電壓采樣精度高，數據采集和顯示實時性好，故障保護功能可靠，滿足了光纖陀螺老煉測試需要長時間監控、數據記錄分析和故障保護的要求，達到了預期的技術指標。

參考文獻

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第6篇：電源設計流程范文

【關鍵詞】單片機;數字控制;過流保護

1.總體設計方案

數控穩壓電源主要由整流穩壓模塊[1]、D/A轉換模塊、LCD顯示模塊、單片機控制模塊、按鍵模塊、過流保護模塊、運算放大器模塊、蜂鳴器模塊組成?？偪驁D如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

方案一：采用傳統的調整管方案，主要特點在于使用一套十進制計數器完成系統的控制功能，一方面完成電壓譯碼顯示，另一方面輸出作為EPROM的輸出經MCP4921（D/A）轉換去控制誤差放大的基準電壓，以控制輸出。

方案二：采用單片機AT89C52作為整機的主要控制器件，通過改變輸入數字量來改變輸出電壓值，從而使輸出功率管的基極電壓發生變化，間接地改變輸出電壓的大小。為了能夠使系統具備檢測實際輸出電壓值的大小，可以經過MCP4921進行數模轉換，間接用單片機實時對電壓進行采樣，然后進行數據處理及顯示。利用51系列單片機為主控制器，通過按鍵來設置直流電源的輸出電壓，并可由LCD液晶顯示實際輸出電壓值和電壓設定值。

綜上所述，經比較，方案二硬件電路簡單，利用程序控制來完成。采用方案二來完成本項目。

2.硬件電路設計

2.1 電源模塊

采用橋式整流經過電容濾波、7815、7905、7805穩壓得15V、+5V、-5V電壓，提供給單片機、MCP4921、運算放大器等供電，如圖2所示。

圖2 電源模塊

2.2 D/A轉換模塊

如圖3所示，采用MCP4921對單片機信號進行數模轉換[2]，MCP4921芯片的VREFA腳由TL431提供基準電壓。VOUTA腳輸出模擬電壓，其計算公式（1）如下：

（1）

=外部基準電壓;=DAC的輸入代碼;n=12（DAC分辨率）;G=增益選擇（G=2時<>位=0;G=1時<>位=1）。

圖3 D/A轉換電路

2.3 過流保護模塊

采用TL074構成的比較器，當比較器輸出端為低電平時，三極管導通從而給單片機一個信號，從而起到過流保護[3]，如圖4所示。

圖4 過流保護電路

3.軟件系統流程

3.1 主程序

本設計的總程序流程圖如圖5所示，主控程序首先進行系統初始化，然后讀入預置電壓值，輸出相應的電壓控制字，等待按鍵輸入。[4]根據按鍵的不同輸入，轉入相應的應用程序。

圖5 總程序流程圖

3.2 外部中斷程序

過流保護由外部中斷0實現，在中斷服務程序中進行保護操作[5]，中斷服務程序框圖如圖6所示。

圖6 中斷流程圖

4.測試方案及測試結果分析

4.1 按鍵測試

通過按鍵能設置直流電源的輸出電壓，具體按鍵功能如表1所示。

表1 按鍵功能表

按鍵 功能

S1 每按鍵一次加1

S2 每按鍵一次減1

S3 每按鍵一次移位一次

S4 按鍵一次確認輸出

4.2 輸出電壓的方法

方法1：通過不同的調節電位器粗調如圖7和微調圖8輸出電壓[6]。

圖7 粗調 圖8 微調

方法2：通過按鍵設置12V輸出，如圖9所示，液晶顯示12V。

圖9 液晶顯示

5.設計結論

數控穩壓電源可以實現以下功能：

（1）用LCD液晶顯示輸出電壓且輸出電壓范圍0-12步進值為0.1V。

（2）電路調壓，可直接對電位器調節，也可以利用單片機進行數字控制。

（3）具有過流保護和短路保護功能。

參考文獻

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[3]李銀祥.數控電流源[J].現代科學儀器，2001（6）：52-53.

[4]趙東坡.基于單片機的數控直流電流源設計與實現[J].2008（6）：58-60.

第7篇：電源設計流程范文

ATMT自動電源轉換開關符合IEC60947-1、IEC60947-2 、IEC60947-6-1、GB14048.1-2008（總則） 、GB14048.2-2008（斷路器）、GB14048.11-2008（自動轉換開關）。630A-6300A自動電源轉換開關污染等級符合IEC 60664-1 4級，已通過各種極限大氣環境條件的實驗，可以運行在IEC 947規定的工業環境中，污染等級達到四級，建議安裝在無過多灰塵且溫度適宜的開關柜中。其電氣和機械特性適用于環境溫度-5ºC~+70 ºC，貯存條件是-25 ºC ~+85 ºC ，-35 ºC時可確保合閘。在EMC電磁兼容性方面，靜電放電符合IEC 61000-4-2，Level2標準；射頻電磁場-輻射抗擾度符合IEC 61000-4-3 ，Level3標準；電快速瞬變脈沖符合IEC 61000-4-4，Level3標準；浪涌沖擊符合IEC 61000-4-5，Level4標準；射頻電磁場-傳導抗擾度符合IEC 61000-4-6，Level3標準。

ATMT電源級自動轉換開關由控制器、適配器和執行斷路器構成。執行斷路器選用Masterpact MT或者MTE抽屜式空氣斷路器，2臺或3臺斷路器分別加裝適配器。電源狀況經適配器采樣，控制器通過控制連接線與適配器連接，實現對供電電源的檢測，通過可編程的操作流程完成電源間的轉換。其中，控制器完成對常用電源、備用電源的供電品質進行監測，對進線電源的供電品質進行監測，頻率計頻率差檢測，相位差監測，當供電電源狀態超出設定閥值時，進行轉換動作，即電壓幅值差監測，同時，控制器具有過電壓保護功能，長期過壓能正常工作(130%Ue)。適配器用于電源監測與電氣聯鎖的重要組成部分，并采集供電電源的電壓幅值、頻率、相位等參數，供控制器作比較判斷。同時，適配器具有可靠的隔離轉換開關強、弱部分，保證轉換開關運行的高可靠性，它的過壓保護功能，又能保證長期過壓能夠正常工作（130%Ue）。ATMT電源級自動轉換開關的執行斷路器部分采用Masterpact MT或者MTE抽屜式空氣斷路器，適應進線電源轉換方案的多樣性。

ATMT電源級自動轉換開關的控制器部分包括：2A型，2B型，3A型，3B型，TA型，TB型六種。下面針對這六種控制器類型，進行分別詳述：

（1）2A型:適用于兩電源；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續可調）轉換功能；具有發電機啟動/停止控制功能；電氣互鎖。

（2）2B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續可調）轉換功能；與2A型不同的是，該類型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能；及手動并聯轉換功能。

（3）3A型:適用于兩電源一母聯的情況；具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測機自動、延時（連續可調）轉換功能；電氣互鎖。

（4）3B型: 具備主、備回路電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測機自動、延時（連續可調）轉換功能；與3A類型不同的是，該類型具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯轉換功能。

（5）TA型:適用于三電源轉換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續可調）轉換功能；具備發電機啟動/控制功能；電氣互鎖。

（6）TB型: 適用于三電源轉換的情況，具備三電源失壓、斷相、欠壓、過壓檢測及自動、延時（連續可調）轉換功能；與TA型不同的是，該類型具有頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯轉換功能；具備發電機啟動/控制功能。

綜上所述，帶B型的產品比帶A型的產品的優勢是，具備頻率、相位和電壓幅值差檢測功能，及手動并聯轉換功能，而帶A型的產品與帶B型的產品不同的是，具備電氣互鎖的功能，所以，在選型時，應根據工藝需要，結合用戶需求，從而選擇不同的控制器類型。

下面，從動作流程方面，對2A型和2B型控制器的ATMT自動電源轉換開關這兩種較常用的類型分別進行詳述：

首先，ATMT-2A型自動電源轉換系統用于電網-電網或電網-發電機之間的切換，當常用電源不能供電時（如欠壓、過壓、斷相等），切換至備用電源供電。

（1）ATMT-2A型自動電源轉換系統用于電網-電網時，有兩種動作流程，一種是自動狀態自投自復，另一種是自動狀態自投不自復。

自動狀態自投自復情況：當常用電源故障時，常用電源切除同時，備用電源投入供電，當常用電源恢復時，備用電源斷開，同時，常用電源投入供電，常用電源正常運行。故障和恢復時間均為0.5s到64s可調。自動狀態自投不自復情況：當常用電源故障時，常用電源切除，同時，備用電源投入供電，進行正常運行狀態，當常用電源恢復時，備用電源仍處在正常運行狀態。當備用電源故障時，備用電源切除，同時，已恢復的常用電源投入供電，從而常用電源進入正常運行狀態。

（2）ATMT-2A型自動電源轉換系統用于電網-發電機時，有一種動作流程，即自動狀態自投自復情況。當常用電源故障時，發電機啟動，并輸出達到整定值卸載，與此同時，常用電源切除，備用電源投入供電，進入發電機電源供電狀態。當常用電源恢復時，發電機停機，備用電源切除，常用電源投入，進入常用電源運行狀態。

其次，ATMT-2B型自動電源轉換系統用于兩路電源間的自動切換，以及短時的并聯切換，當常用電源不能正常供電時（如欠壓、過壓、斷相等），切換至備用電源供電。它的手動狀態并聯切換功能，就是用戶設定并聯切換條件范圍，當常用、備用電源正常，并滿足設定條件，通過“手動”按鍵選擇人工控制。實現供電不間斷切換，保證重要負荷供電回路的連續供電，極大的簡化了運行操作，縮短了操作時間，減少了輔助設備的操作次數，從而提高了配電的安全運行水平和供電連續性。其動作流程與2A型的相同。

以上是ATMT自動電源轉換開關中比較簡單，同時也非常常用的兩種自動電源轉換系統。

出廠前，適配器與斷路器一同安裝，通過二次接線分別與控制器相連，為控制器提供電源狀態信號，同時，適配器之間通過二次線互聯，作為電氣聯鎖的一部分，保證轉換開關可靠的運行。適配器固定于空氣斷路器側面，在ATMT出廠前已安裝完畢，用戶僅需連接二次線纜即可。

第8篇：電源設計流程范文

關鍵詞：電源模塊；傳感器；控制器；智能控制

Intelligent control of the step motor by the microcomputer

Xu Hongfu, Chen Yongzhi, Yao Min, Xie Guangqi

Xiangnan university, Chenzhou, 423000, China

Abstract: This design is supplied by two sets of independent power supply module, using infrared sensors of the E18 - D80NK and black and white lines sensors of the TCRT5000 to collect traffic information. With the purpose of the path recognition, the microcomputer chip of the STC89C52 which is the core controller controlled the step motor driver module. The states of the car are displayed by the LCD1602 LCD module. Intelligent control of the step motor by the microcomputer achieved independent follow line and counterguard function of the car.

Key words: power supply module; sensors; controller; intelligent control

步進電動機是將電脈沖信號轉換為相應的角位移或線位移的一種特殊的執行電動機。它不需要交換，能直接將數字脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移，因而很適合作為數字控制系統的伺服元件。此外，它的轉速在電機的負載范圍內與電脈沖頻率成正比，而與電壓電流等無直接聯系。計算機技術、電力電子技術、微電子技術、控制理論與控制技術的發展，給步進電機的應用開辟了廣闊的前景，應用非常廣泛，如數控機床、繪圖儀、自動記錄儀、遙控裝置和航空系統等，都大量使用步進電動機。本系統以智能小車為載體，以汽車電子為背景，結合計算機技術、自動控制原理、傳感器與現代檢測技術、電子技術等學科知識。通過硬件電路設計和軟件編程實現對步進電機的智能化控制。

1 硬件電路設計

1.1 總體方案

系統總體設計方案如圖1所示：STC89C52單片機為控制系統的控制中心，主要負責處理傳感器檢測到的數據，將處理的結果作為電機驅動模塊的輸入信號控制電機的運行。并將電機的運行狀態在LCD1602液晶上顯示。傳感器模塊承擔數據采集的任務，為控制器決策提供信息支撐。電源模塊為整個系統提供電能。

1.2 電源電路設計

電源是系統穩定運行的必要條件，為了提高整個系統的可靠性、穩定性設計兩套相互獨立的電源分別供電機驅動和控制測量等電路使用。如圖2所示，7.4V的鎳鎘可充電電池經MIC29302穩壓塊穩壓后供電機驅動使用，經LM7805穩壓塊穩壓后供控制測量等電路使用。Power為擴展的電源接口備用。

1.3 主控電路設計

主控電路是整個系統的控制中心，主要負責處理傳感器測量的數據并將處理的結果送給驅動電路控制電機的運行?？紤]系統的控制要求及性價比，選擇STC89C52作為系統的主控芯片。主控電路如圖3所示。

1.4 傳感器測量電路設計

傳感器測量的結果作為控制器的輸入，其測量的精度、靈敏度、響應速度等性能指標的優劣決定整個系統的性能。紅外壁障傳感器E18-D80NK的技術指標見表1。

黑白線檢測傳感器TCRT5000的技術指標見表2。

上述2種傳感器均能滿足測量要求。測量電路如圖4所示。

1.5 電機驅動電路設計

驅動電路由兩片L298N H橋式步進電機專用驅動芯片及續流肖特基二極管組成，輸入端口直接接主控芯片的P1口。電機驅動電路如圖5所示。

1.6 液晶顯示與在線編程接口電路設計

液晶顯示與在線編程接口電路如圖6所示，LCD1602用來顯示小車當前的運行狀態、行程等信息。串口進行燒寫與在線調試。方便開發和維護工作。

2系統控制程序設計

2.1 循線算法程序流程圖

小車在循線模式下工作時：在開放有限的地面空間貼有任意黑色線條，小車在沒有任何人為干預條件下自主尋找黑色線條。在找到黑色線條后在黑色線條上找到一點使之到小車初始位置的距離最短(最優路徑)，在找到最優路徑后回到起始點并沿最優路徑再次循線。小車循線程序流程圖如圖7所示。

由表3小車尋線實測數據分析，小車在尋線模式下工作時其誤差在1.2%～5%之間。

2.2 避障算法程序流程圖

小車在避障模式下工作時：在有限的迷宮內小車能夠沿著迷宮內的可行駛通道避開各個方向的障礙物，并且找到一條能駛出迷宮的通道。實驗證明由于小車車體關系，迷宮的寬度必須大于24cm，高度在10～10.5cm。小車避障程序流程圖如圖8所示。

3結束語

以單片機為核心的控制系統為步進電機的智能化控制開辟了新的途徑。引入避障算法實現最優路徑的尋找。硬件與軟件的結合提高系統的可靠性。通過現場試驗測試，按以上方案系統運行良好，在實現電機速度控制，定位控制的同時，能保證最優路徑自能化的實現。為工業現場控制提供了智能車模型。

參考文獻

[1] 程明，林明耀，張潤和.微特電機及系統[M].北京：中國電力出版社，2007

[2] 陶紅艷，余成波.傳感器與現代檢測技術[M].北京：清華大學出版社，2009

[3] 康光華，陳大欽，張林.電子技術基礎―模擬部分[M].北京：高等教育出版社，2005

第9篇：電源設計流程范文

關鍵詞：K60 藍牙遙控 電機驅動

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：B 文章編號：1003-9082 （2017） 04-0216-03

一、引言

APP監控機器人在家庭、工廠、醫護等需監視的場合發揮著重要的作用，它可以有效避免一些意外事故的發生?；ヂ摼W、手機APP安卓系統的開發，使得人們通過手機就可以輕松控制機器人的移動。無線遙控實現方法包括藍牙、紅外、射頻等幾種，其中藍牙技術具有一定優勢，目前被廣泛應用在信息家電方面，各種家電共用遙控，并在可組網與公眾互聯網中連接，共享有用信息。藍牙技術實現無線遙控具有很高的市場價值及廣闊的應用前景。本設計通過結合ARM開發板，利用無線通信及K60藍牙處理、硬件測試，達到機器人實時監控、運動的目的。

二、系統硬件設計

1.總體方案設計

本系統以K60單片機為核心控制器，通過接在K60主板上的藍牙從機接受來自ARM開發板的指令，傳給K60讓其做出相應處理，通過PWM調制頻率，使電機驅動模塊工作。利用H橋電機驅動電路，控制兩個電機差速，從而改變輪子的轉向，達到控制小車運動的目的。通過超聲波避障模塊使小車安全行駛。整個藍牙小車模塊通過一個模塊電源供電，根據不同模塊的工作需求，電源模塊提供了3.3V、5V的電源。系統硬件框圖設計見圖1。

2.系統主要硬件模塊介紹

機器人小車硬件模塊主要有K60單片機、機器人小車底盤、藍牙串口模塊、電機驅動模塊、機器人小車電源模塊、7.2V鎳鎘電池。

2.1 K60單片機

K60芯片電源類引腳，BGA封裝22個，LQFP封裝27個，其中BGA封裝的芯片有五個引腳未使用。芯片使用多組電源引腳分別為內部電壓調節器、I/O引腳驅動、A/D轉換等電路供電，內部電壓調節器為內核和振蕩器。為了電源穩定，MCU內部包含多組電源電路，同時給出多處電源引出腳，便于外接濾波電容。K60最小系統芯片上同時具有藍牙接收模塊，這樣在設計主板上就節省了引出藍牙從機的插槽。

設計K60單片機的整個主板硬件控制電路，其中包括K60最小核心板及電機驅動PWM的接口，K60硬件主板引腳功能說明見表1。K60最小系統的引腳及主板設計的原理圖見圖2。

2.2 機器人底盤及電機

為了方便機器人運動轉向，本設計選擇了兩個電機分別控制兩個車輪，一個萬向輪在底盤前面，這樣利用電機的差速驅動左右電機不同轉速，就可以實現小車的轉向，圖3所示是小車的3輪底盤。由于驅動機器人需要很大的轉矩，所以選擇扭矩大，負載能力強的大功率直流電機。

2.3藍牙串口模塊

在K60最小系統板上有通用的藍牙接口模塊，通過外接藍牙從機模塊，就可以實現藍牙從機接收外部信號，傳送給K60單片機做出相應處理。本設計采用LQ-BTM藍牙從機，在與K60連接時要注意正確的通訊，BTM的RXD要與K60的TXD連接，K60的RXD要與BTM的TXD連接。藍牙從機接上K60后，LED燈常亮，表示藍牙連接狀態，閃爍表示沒有藍牙連接。通過手機APP界面的藍牙端發送指令，從機接收信號指令傳到K60，就可以進行運動處理，藍牙接口正確通訊連接見圖4。

2.4電機驅動模塊

機器人小車采用兩個直流電機進行差速運動，電機驅動模塊是典型的H橋電路，工作原理見圖5。

它是由四個三級管和四個二極管組成的控制電路，由于它的形狀酷似字母H，所以電路得名“H橋驅動電路”。要使電機運轉，必須使對角線上的一對三極管導通。假設當Q1管和Q4管導通時，電流就從電源正極經Q1從左至右穿過電機，然后再經Q4回到電源負極，該流向的電流將驅動電機往某一方向轉動；當三極管Q2和Q3導通時，電流將從右至左流過電機，從而驅動電機沿另一方向轉動，實現電機的正反轉。

根據H橋驅動電路，合理設計機器人小車電機驅動模塊，采用IRF3205共8個MOS管組成兩個電機的驅動電路，更好的實現電流、電壓的可逆，使小車更加穩定運動。雙電機驅動模塊接口原理圖見圖6，電機驅動電路見圖7。

2.5電源模塊

電機驅動模塊需要5V電源，利用LM1117-5穩壓芯片將來自外部7.2V的鎳鎘電池穩壓成5V。同理利用L6932芯片，采用多電容濾波，使穩壓后的3.3V電源更加穩定。圖8所示是5V和3.3V穩壓電路原理圖。

三、軟件設計實現

1.系統流程圖

本設計的系統流程圖見圖9，包含主程序流程圖及串口中斷服務函數。實現藍牙接收手機端發送過來的指令送給單片機進行處理，控制機器人小車運動，并實現自動避障功能，使機器人小車穩定運動。利用IAR軟件編程，燒寫程序進入K60單片機。整個設計涉及到藍牙模塊的設置，電機驅動輸出頻率的控制，以及串口中斷服務函數設計。

2.電機驅動PWM控制

在K60單片機中，利用FTM產生PWM來控制電機輸出占空比，從而使電機能夠進行差速，進而達到轉向的目的。程序中利用FTM_PWM_Duty（）函擔來控制FTM產生PWM調制波進而產生不同占空比。電機驅動程序如下：

void Moto_Forward//前進